1、印尼褐煤鍋爐制粉系統(tǒng)選型研究【摘要】通過對印尼代表煤種煤質(zhì)特性的分析，提出了適應印尼煤種的制粉系統(tǒng)的方案，并對方案進行了分析比較，最后對制粉系統(tǒng)的安全性進行了詳細的分析。【關(guān)鍵詞】印尼煤 制粉系統(tǒng) 安全性1 印尼煤質(zhì)的特點及分析1.1 印尼煤炭資源特點1印尼全國共有煤炭資源約為505億噸，約94的煤炭資源儲于蘇門答臘和加里曼丹，目前已探明的可采儲量約52.2億t。印尼主要以生產(chǎn)褐煤為主，印尼褐煤、次煙煤和煙煤的所占比例分別為59 ，27和14，無煙煤比例不足0.5。印尼的含煤地層屬第三紀的始新世到上新世。煙煤和次煙煤為始新世和中新世，而褐煤通常為中新世，煤層厚度從0.3m以下到70m，通常為5

2、 15 m，特厚層為劣質(zhì)煤，埋藏較淺，傾角較緩，煤質(zhì)較硬，圍巖較軟，涌水量不大，瓦斯含量較低。印尼主要的煤田有翁比林煤田和武吉阿桑煤田。翁比林煤田位于蘇門答臘中央山區(qū)，面積155 km ，地質(zhì)年代屬第三紀。武吉阿桑煤田位于蘇門答臘南部，屬第三紀晚期煤田。2004年，位于印尼東加里曼丹、南加里曼丹和蘇門答臘的35座煤礦生產(chǎn)煙煤和次煙煤。印尼煤炭幾乎全部由露天礦生產(chǎn)，只有兩三座小型的井工礦。表1列出了印尼主要煤炭公司的代表性煤質(zhì)參數(shù)。表1序號煤種全水分Mt工業(yè)分析Qnet,ar空干基水分Mad干燥基灰分Ad干燥無灰基揮發(fā)分VdafMJ/kgkcal/kg1氣煤7.83.644.8347.6127.

3、5265802氣煤73.582.447.7829.0369403長焰煤19.415.170.9249.5926.0962404長焰煤18.012.04.954.523.4856175長焰煤13.06.56.445.727.3665456長焰煤9.86.81654.524.5258607褐煤29.5248.854.1915.6937508褐煤30.426.2913.355314.6735109褐煤33.423.763.2452.7216.59397010褐煤25.014.51.251.517.40416311褐煤23.014.59.752.716.78401412褐煤35.023.05.152.

4、017.73424213褐煤26.018.05.454.521.03503114褐煤21.011.56.840.018.934529從表1中還可以看出，印尼褐煤的水分高，其全水分基本都在30左右，其空氣干燥基水分也大多在2426，但灰分和硫分均不高，其干燥基灰分僅在3.28.8，最高的也僅16.0，硫分最低的為0.16，最高的為0.77，干燥無灰基揮發(fā)分則均在50以上，相當于中國云南省境內(nèi)的年輕褐煤，因而印尼褐煤也屬于低灰低硫煤。印尼氣煤的發(fā)熱量最高可達27.2MJkg以上，灰分低至5以下，硫分也小于0.5，揮發(fā)分45以上，是較為理想的動力用煤。印尼的長焰煤的發(fā)熱量稍低于其氣煤而仍明顯高于褐煤

5、，其發(fā)熱量在24.530MJkg以上，尤其是表1中第3種煤的灰分比木炭還低，灰分在1以下，發(fā)熱量在6000kcal/kg以上，可以說如此優(yōu)質(zhì)的動力用煤在國內(nèi)還從未發(fā)現(xiàn)過。1.2印尼煤質(zhì)的分析下面采用普華煤質(zhì)特性判別準則來分析表1中所列印尼煤質(zhì)的燃燒特性：1.2.1 著火穩(wěn)定性系數(shù)RWRW3.590.054Vdaf表2RW<444.654.65555.7>5.7著火穩(wěn)定性極難難中等易極易1.2.2 燃燼特性指數(shù)RjRj1.220.11 Vdaf表3Rj<2.52.53.03.04.44.45.7>5.7燃燼性指數(shù)極難難中等易極易1.2.3 燃料比KbKb(100- Vda

6、f)/ Vdaf表4Kb<22339>9燃燒性能好較好差極差1.2.4煤粉的爆炸性分析爆炸的過程是懸浮在空氣中的煤粉的強烈燃燒的過程。判斷煤粉爆炸性的分類準則是爆炸性指數(shù)Kd。它是考慮燃料的活性(可燃揮發(fā)分的含量及其熱值)以及燃料中的惰性(燃料中灰分和固定碳的含量)的綜合影響的結(jié)果。爆炸性指數(shù)Kd按下式計算2： （1） （2） （3） （4） （5）式中：Kd-煤粉的爆炸性指數(shù)；Vd-煤的干燥基揮發(fā)分，%；Vvol,que-燃燒所需可燃揮發(fā)分的下限(考慮灰和固定碳)，%；Vvol-不考慮灰和固定碳時燃燒所需可燃揮發(fā)分的下限，%；Qvol-揮發(fā)分的熱值，kJ/kg；Qnet,v,da

7、f-煤的干燥無灰基低位發(fā)熱量，kJ/kg；FCdaf-煤的干燥無灰基固定碳含量，%；Vdaf-煤的干燥無灰基揮發(fā)分含量。表5 煤粉的爆炸性和煤粉的爆炸性指數(shù)的關(guān)系Kd<1.01.033.0煤粉的爆炸性難爆中等易爆1.2.4 燃燒特性的綜合判別表6序號RW結(jié)果Rj結(jié)果Kb結(jié)果Kd結(jié)果16.16極易著火穩(wěn)定6.46極易燃燼0.52燃燒性能好9.65易爆26.17極易著火穩(wěn)定6.48極易燃燼0.52燃燒性能好10.39易爆36.27極易著火穩(wěn)定6.67極易燃燼0.50燃燒性能好11.58易爆46.53極易著火穩(wěn)定7.22極易燃燼0.46燃燒性能好10.86易爆56.06極易著火穩(wěn)定6.25極易

8、燃燼0.54燃燒性能好9.69易爆66.53極易著火穩(wěn)定7.22極易燃燼0.46燃燒性能好9.13易爆76.52極易著火穩(wěn)定7.18極易燃燼0.46燃燒性能好8.10易爆86.45極易著火穩(wěn)定7.05極易燃燼0.47燃燒性能好7.17易爆96.44極易著火穩(wěn)定7.02極易燃燼0.47燃燒性能好9.39易爆106.37極易著火穩(wěn)定6.89極易燃燼0.49燃燒性能好8.44易爆116.44極易著火穩(wěn)定7.02極易燃燼0.47燃燒性能好7.50易爆126.40極易著火穩(wěn)定6.94極易燃燼0.48燃燒性能好10.06易爆136.53極易著火穩(wěn)定7.22極易燃燼0.46燃燒性能好10.86易爆145.7

9、5極易著火穩(wěn)定5.62易燃燼0.60燃燒性能好6.22易爆由以上分析可知，表1中所開列的印尼煤是極易著火、極易(或易)燃燼、極易穩(wěn)燃、燃燒性能好、煤粉易爆炸的煤種。1.3 煤的磨損性分析煤的磨損性是反映煤對磨煤機碾磨部件金屬表面的磨損特性，以判斷碾磨件的使用壽命。用磨損指數(shù)Ke表示。煤的磨損特性的等級劃分為2：Ke1.0輕微1.0Ke2.0不強2.0Ke3.5中等3.5Ke5.0很強Ke5.0極強按照經(jīng)驗分析2，Ke與煤灰中的硅鋁比SiO2/Al2O3有關(guān)，根據(jù)研究，SiO2/Al2O32.0的煤種，幾乎所有煤種的Ke都小于3.5，即Ke3.5。印尼煤多屬于年青褐煤，煤化程度不高，Ke值多數(shù)小

10、于3.5，屬中等及以下磨損性。磨煤機碾磨件壽命一般可達到10000小時左右。2 燃用印尼褐煤的鍋爐制粉系統(tǒng)的選型2.1原煤的內(nèi)在水分原煤的全水分Mt(%)由外在(表面)水分Mf(%)和內(nèi)在水分Minh(%) (即空氣干燥基水分Mad)組成。三者之間的關(guān)系如下2： （6）表1中列出的煤種其原煤外在水分Mf的計算結(jié)果見表7：表7 序號1234567891011121314Mf4.323.554.996.826.953.227.245.5812.6412.289.9415.589.7610.73從表7中可以看出：表1中列出的煤種的外在水分都在19%以下。2.2 制粉系統(tǒng)選型適用于褐煤的制粉系統(tǒng)有兩種

11、：中速磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)和風磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)。推薦的選型原則如下2： (1) 當磨制褐煤的磨損指數(shù)Ke<3.5，且煤的外在水分Mf>19%時，宜選用風扇磨煤機爐煙干燥直吹式制粉系統(tǒng)。當磨制褐煤的全水分>40%時，宜選用帶乏氣分離裝置的風扇磨煤機(帶粗粉分離器或無粗粉分離器)爐煙干燥直吹式系統(tǒng)。(2) 當磨制褐煤的外水分Mf19時，宜選用中速磨煤機直吹式系統(tǒng)。(3) 當磨制褐煤的全水分Mt>30%時，如選用風扇磨煤機爐煙干燥直吹式系統(tǒng)時，在驗算系統(tǒng)末端的煙氣含氧量合格的情況下，宜優(yōu)先選用熱煙-熱風二介質(zhì)干燥系統(tǒng)。根據(jù)表1和表7中可以看出，雖然印尼褐煤的全水分一般都在

12、2033%之間，但是其外在水分都不超過19%，又考慮到中速磨煤機初投資低磨損部件的使用壽命較長，其更換可隨主機一起進行，電廠日常維護工作量較少，因此中速磨煤機制粉系統(tǒng)比較受關(guān)注。2.3 中速磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)和風扇磨煤直吹式機制粉系統(tǒng)的比較表8項 目中速磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)風扇磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)工作原理原煤(粒度30mm)經(jīng)落煤管落入磨碗上后，在離心力作用下沿徑向朝外移動，在磨碗上形成一層煤床，煤床在可繞軸轉(zhuǎn)動的磨輥裝置下通過。加裝裝置產(chǎn)生的碾磨力通過轉(zhuǎn)動的磨輥施加在煤上。煤在磨碗襯板與磨輥之間被碾磨成粉。作徑向和周向移動的煤攜帶著被破碎的煤粉越過磨碗邊緣進入輸送介質(zhì)通道。煤粉被氣態(tài)輸送介

13、質(zhì)(熱空氣)連續(xù)地從磨碗上吹起，進入送粉管道送至鍋爐。(HP磨)風扇磨煤機屬于高速磨煤機。其工作原理為：原煤(粒度30mm)與干燥介質(zhì)一同通過落煤管。達到預熱和干燥后到達磨煤機人口煤沿著沖擊輪內(nèi)徑分布，進入機殼，在葉輪的沖擊和摩擦作用下被粉碎并完成了充分的干燥。輸送氣體和煤粉在機殼蝸殼區(qū)內(nèi)運動。最后進入磨機出口分離器中葉輪起著粉碎煤和通風的作用干燥介質(zhì)典型輸送介質(zhì)：熱一次風可由高溫煙氣、冷煙氣和熱風3種介質(zhì)組成也可由高溫煙氣和熱風2種介質(zhì)組成干燥能力對煤的全水分的適應范圍取決于磨煤機前的干燥劑溫度。從磨煤機磨輥能承受的溫度來看，此溫度不能超過420適用于水分較高的褐煤。磨煤機人口溫度可達550

14、以上。并可使一次風率為20%25%，煤粉水分為6%左右從而保證鍋爐燃燒的要求防爆要求制粉系統(tǒng)按防爆要求設計。為防止爆炸，制粉系統(tǒng)需設置可靠的防爆門，還需設置惰性氣體管道用于消防。由于采用高溫爐煙、熱風和冷爐煙(或冷風)的3介質(zhì)或高溫爐煙、熱風的2介質(zhì)作為干燥劑，使其系統(tǒng)的CO2含量超過4，含氧量低于12。可大大簡化制粉系統(tǒng)的防爆設計運行和維修維護量大，易磨件的使用壽命一般在400015000h。運行時需排出石子煤維護量大易磨件的使用壽命一般在15002000 h檢修較為頻繁。必須配置專用的檢修工具。制粉系統(tǒng)布置特點占地面積較風扇磨煤機小，典型布置在主廠房與鍋爐房之間的煤倉間，目前也有布置在鍋爐

15、一側(cè)或兩側(cè)的方案，但應用不多。需預留空間作為磨煤機的檢修空間。干燥介質(zhì)在由爐前母管引出至單臺磨煤機，并設有冷風作為調(diào)溫風，以使磨煤機入口干燥介質(zhì)溫度滿足。各管系布置順暢，結(jié)構(gòu)合理本體占地面積相對中速磨煤機要大，一般布置在爐膛四周。由于制粉系統(tǒng)干燥要求抽爐煙，而爐煙溫度一般為8001150。為不影響爐膛熱負荷分布，鍋爐設計抽爐煙口由爐膛上部抽出，因抽爐煙管道管徑較大不易布置，故將磨煤機盡量布置在爐膛四周更為合理，送粉管道的布置也更為簡潔初投資基數(shù)+7%電耗基數(shù)-12%本體阻力5.07.5kPa2.162.56kPa從表8可以看出，中速磨煤機制粉系統(tǒng)和風扇磨煤機制粉系統(tǒng)都有其自身的優(yōu)缺點，制粉系統(tǒng)

16、的選型需經(jīng)過具體工程的煤源情況和經(jīng)濟性對比最終確定。2.4兩種制粉系統(tǒng)的應用情況在歐洲，磨制褐煤（尤其是水分較高的褐煤）通常采用風扇磨。在美國，褐煤電廠均采用中速磨煤機，對燃料水分的適應性美國CE公司推薦最大水分達39。美國的馬丁湖電廠（750MW機組）燃用TEXAS褐煤，配10臺RP-1003型中速磨；美國的羚羊谷電站（435MW機組）燃用北DAKOTA州褐煤，配9臺RP-1003型中速磨，其煤種水分3839；澳大利亞Port Auqusta電廠燃用褐煤，其水分26 35，灰分11.5 23.5，配MPS180190中速磨煤機；在我國，元寶山電廠3號機組燃用褐煤采用中速磨制粉，運行良好。近幾

17、年我國600MW等級機組除了伊敏電廠二期（收到基全水分為39.50）等少數(shù)電廠以外，其它機組多數(shù)采用了中速磨制粉。3 燃用印尼褐煤的鍋爐制粉系統(tǒng)的安全性3.1煤粉爆炸原因煤粉爆炸的原因主要是煤緩慢氧化導致煤的熱解，產(chǎn)生可燃氣體，可燃氣體與空氣混合，達到一定濃度比例后遇火發(fā)生連鎖爆炸。煤粉的爆炸需要3個基本條件，即煤粉的存在、合適的氧濃度和足夠的點火能量。煤粉爆炸的過程是懸浮在空氣中的煤粉的強烈燃燒過程，其主要過程有：(1)煤粉顆粒受熱后表面溫度上升。(2)顆粒表面的分子發(fā)生熱解或干餾，產(chǎn)生的可燃氣體與周圍的空氣混合。(3)氣體混合物被點燃，產(chǎn)生火焰并傳播。(4)火焰產(chǎn)生的熱量進一步促進煤粉顏粒

18、的分解，繼續(xù)放出可燃氣體，燃燒持續(xù)下去。(5)燃燒速度加快而轉(zhuǎn)化為爆炸。3.2影響煤粉爆炸的因素由于煤粉存在自燃性和爆炸性，而制粉系統(tǒng)中存在大量懸浮狀態(tài)的煤粉，如果局部存在點火源，粉塵就會爆炸，火焰將以很大的速度在煤粉空氣混合物中傳播，造成制粉系統(tǒng)內(nèi)部壓力升高，導致制粉系統(tǒng)爆炸。影響煤粉爆炸的因素主要有煤質(zhì)特性、煤粉混合物溫度、煤粉細度和煤粉濃度等。3.2.1煤質(zhì)特性煤質(zhì)特性中影響煤粉爆炸的主要因素是揮發(fā)分，對于<10 的煤粉，幾乎不會發(fā)生爆炸，隨著揮發(fā)分的增加，煤粉爆炸的可能性增大；當V>20時，極易爆炸；當V =40時，堆積煤粉的著火溫度僅為170，如在一次風管內(nèi)沉積，即會發(fā)生

19、爆炸。實際上除了煤的揮發(fā)分外，煤的含硫量、灰分、水分和固定碳及元素成分都與煤粉的爆炸特性有關(guān)，如只用揮發(fā)分作為衡量煤粉爆炸特性的指標，有失全面。對于煤粉的爆炸特性見1.2.4。3.2.2煤粉溫度當鍋爐采用中速磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)時，中速磨煤機最高出口溫度t2可由下式計算2：當時， ºC （7）當時， ºC （8）印尼煤揮發(fā)份高，磨煤機出口溫度過高會導致風粉混合物爆炸；磨煤機出口溫度過低，煤粉可能因結(jié)露產(chǎn)生結(jié)塊、沉積現(xiàn)象，造成煤粉在送粉管道內(nèi)堵塞，從而導致煤粉在送粉管道內(nèi)局部燃燒，甚至爆炸。因此燃用印尼煤時要控制磨煤機出口的溫度適中。3.2.3 煤粉細度煤粉顆粒dp>200m時幾乎不爆炸，粒度越細，爆炸可能性越大，當dp<200目（74m）時，爆炸的危險性已很大。對于固態(tài)排渣煤粉爐，燃用無煙煤、貧煤和煙煤時，煤粉細度按下式選取3： （9）式中：Vdaf-煤的干燥無灰基揮發(fā)分，%；n-煤粉的均勻性系數(shù)；3.2.4煤粉濃度當煤粉和空氣的比例達到一定的濃度，一旦有點火源，就會發(fā)生煤粉爆炸。煤粉濃度大于34kg/m3(煤粉/空氣)或小于0.320.47 kg/m3(煤粉/空氣)時不易引起爆炸。因力煤粉濃度太高，氧濃度小；煤粉濃度太低，缺少可燃物。只有煤粉濃度為1.22 kg/m